随着航空旅行的总体快速增长，飞机设计脱碳的时机已经成熟，但广泛的电动飞行需要更好的电池和轻量化系统。
随着航空业摆脱新冠肺炎大流行的影响，乘客数量急剧下降，航班数量再次增加。航空业正在恢复到大流行前的水平，一些估计到2050年将增长40%以上。
总的来说，撇开危机不谈，航空客运量往往每15年翻一番，航空业也是增长最快的温室气体排放源之一。它目前占全球温室气体排放量的2%，但据预测，到2050年，这一排放量可能会在现有轨道上从2015年的水平增加三倍。
鉴于欧洲绿色协议要求到2050年实现气候中立，因此需要进行绿色重置，以提高航空业的可持续性。请点击链接，了解欧盟正在倡导的减少航空排放的措施的更多信息。
随着发动机的改进，航空业的效率越来越高，但脱碳需要替代今天的化石燃料飞机。
混合动力和全电力推进系统提供了一个答案。这种动力系统已经在地面上获得了牵引力，电动汽车的全球销量去年翻了一番，达到660万辆。
航空业也在进行许多项目，但它们面临许多挑战，尤其是电池的重量。
然而，意大利卡普亚飞机制造商Tecnam的研发负责人法比奥·鲁索（Fabio Russo）说，找到既高性能又有利可图的环保替代品“至关重要”。
可伸缩性
Russo领导了H3PS（高功率高扩展性飞机混合动力系统）项目，该项目研究了混合动力系统在所谓“通用航空”（GA）飞机中的潜力。
该类别涵盖全球40多万架民用飞机，包括私人飞机、公务机、直升机等，但不包括商用飞机。
由于飞机往往相对较小，H3PS计划将其视为开发用于更广泛飞行的电力推进系统的第一步。
Russo说：“我们今天需要环境解决方案，H3PS项目被证明是一种高效、低重量和可扩展的解决方案。”。
“可扩展性意味着您可以将这一概念从四座飞机升级到11座飞机，或者最终升级为多座飞机。”
混合动力系统
该项目还涉及劳斯莱斯和发动机制造商Rotax。其目标之一是驾驶一架由所谓的“并联混合动力系统”驱动的四座飞机鈥攃结合了传统内燃机和电动机。
Russo说，混合动力推进系统可以在起飞和爬升等飞行阶段为飞机提供动力“助推”。例如，使用混合动力，您可以使用功率低于正常值的燃油发动机，并用电动机填补飞机起飞和爬升的间隙。
“因此，您可以使用低消耗燃料的发动机，”Russo说。
这种方法能够减小发动机的尺寸和重量，允许在不增加系统重量的情况下包括用于电动机的电池。
去年晚些时候，该项目成功地用Tecnam P2010 H3PS飞机升空。H3PS是第一个使用并联混合动力系统实现这一目标的四座车，它强调了这一成就，认为这是“航空业在实现脱碳和研发替代动力系统方面的一个重要里程碑”
电池经济性
尽管如此，Russo强调，该项目旨在证明此类飞机的可行性，而不是为市场创造产品。他说，要想在大范围内实现这些目标，还有一段路要走。
Russo说：“在开发这种发动机和飞机的背后，在经济方面仍有很多限制。”。
一个关键的限制因素是电池在充电过程中如何劣化。这意味着在时间尺度上不断更换它们的成本很高，而目前，Russo估计可能只有几个月。
他认为，改进取决于在电池制造业支持下的真正驱动力，以提升电池技术，同时降低运输和退役成本，增强循环经济。
“电池制造业的地方经济至关重要，”Russo说。“这也意味着，不仅在运行期间，而且在电池在飞机上使用之前和之后，二氧化碳都得到了节约。”
他补充说，对于整个飞机部件，需要关注产品的整个端到端生命周期和影响。
活杂种
Russo认为，到2030年左右，这种混合动力飞机将变得更加经济可行，并有可能在某些飞行阶段大幅减少排放。
他的团队进行的一项测试表明，在起飞和初始爬升期间，碳排放量可能减少50%，在整个三小时的旅程中，碳排放可能减少20%，这表明燃料使用量较低。
“在飞行结束时，当我们测量我们消耗的燃料时，差异非常显著，”Russo说。
其他项目正在研究如何优化未来电力推进航空系统的不同组件，以使其尽可能轻量化、安全高效。
电磁干扰
例如，更容易的项目是设计系统，以限制可能影响飞机功能的部件之间的电磁干扰（EMI）。
该团队还在研究热方法，以更好地消散电气部件产生的热量。考虑到当前电池的尺寸和重量，这一切都是为了确保飞机保持轻量化。
伊格纳西奥·卡斯特罗博士是位于爱尔兰科克的柯林斯航空公司的高级首席工程师，他是EASTER的协调员。他说，该项目一直在研究EMI过滤和接线方案，为飞机的电力动力系统提供体积和重量更低的方案，以及“两相”冷却系统和提高飞机外部传热率的方法。
他解释说，现在需要为电力系统的长期未来做好准备。卡斯特罗博士说：“我们为使飞机更环保而对其进行的任何改变都可能会增加飞机的重量。”。
“这也增加了燃料消耗量，因此我们可能没有一架完全准备好飞行的飞机。我们需要使飞机更小。”
Easer即将开展的一些工作涉及对方法之间权衡的更多调查。卡斯特罗博士说：“我们的想法是，我们将看到热系统如何影响电磁干扰，反之亦然，以了解其影响。”。
权衡
在制造电动飞机时，还需要了解各种其他的权衡。例如，虽然使物体变小会减轻重量，但也会使物体升温得更快鈥攎就像一座小房子，加热时升温更快。卡斯特罗博士说：“这是一种重量、体积和效率的权衡，并不是那么简单。”。
他补充说，将所有单独的技术集成到一个功能良好的整体飞机系统中将是未来研究的关键。
卡斯特罗博士说：“这是关于了解要使架构尽可能高效，它应该是什么样子的。”。
他将其与建筑相比较，强调不能以任何方式将砖块扔在一起建造建筑。他说：“在电力输送的背景下，你需要以一种聪明的方式将事情放在一起。”。
正确的方向
尽管在电动航空领域有许多复杂的问题需要解决，卡斯特罗博士相信事情正朝着正确的方向发展。他说：“我认为我们正在朝着混合动力航空的方向发展，人们对此非常感兴趣，也有很多项目。”。“这将是开始减少碳排放的第一步。”
确保这些新系统平稳、安全地运行也是至关重要的。安全是最重要的，一次撞车就足以引起头条新闻和大量恐惧。
这意味着需要对事态发展给予高度关注。卡斯特罗博士指出：“有一种风险，就是说事情会很好，特别是当飞机需要非常可靠的时候。”。“这是技术的范式转变。”
他说，在未来几十年里，还需要大量投资和解决许多问题。卡斯特罗博士说：“到2050年，欧盟实现净零排放的挑战是一个巨大的挑战，我认为目前没有人有明确的答案。”。“这是一个百万美元的问题。”
